[发明专利]金属物件加热工艺中保护金属强化传热的方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属物料或工件加热工序，特别涉及一种金属物件加热工艺例如金属铸坯后热加工前、金属铸坯切割分段后至入炉前的加热工序，尤其指一种金属物料或工件加热工艺中保护金属强化传热的方法。

背景技术

金属物料或工件如钢锭、钢坯、钢板以及其它金属物品，在热加工工序中需要将工件放入工业炉内加热。目前采用的是将工件裸露放入工业炉内加热的方式，此种加热方式存在着下列二个缺点：

1、金属物料在加热过程中与炉内气体发生传质。

(a)金属与炉内氧气发生化学反应，即金属从炉气中吸入氧元素，在金属表面生成氧化物，俗称“烧损”，降低金属收得率。

(b)金属内的微量元素被炉内气体带走，在金属表面形成微量元素流失层。例如硅锰弹簧钢，该种物料淬透性好，用来制造高应力弹簧，在汽车制造等行业中应用广泛。但是硅锰弹簧钢在加热过程中表面容易产生氧化脱碳，形成脱碳层，降低弹簧的弹性和疲劳强度。这就导致后续工序需要对金属工件进行扒皮处理或渗碳处理，由此增加工序，降低生产率和金属收得率。

2、金属物料的加热时间相对较长，即在炉内接受热量的速度低。

在500℃以上的工业炉内，传热以辐射传热为主。工业炉内火焰空间的传热是一个十分复杂的综合传热过程，炉子种类较多，不同炉子内综合传热是不同的，其情况复杂。在一个充满火焰或高温炉气的炉子内，存在着三个不同的温度区域：炉气(火焰)、炉衬(炉墙及炉顶)、物料。因为火焰温度很高，所以炉内主要的传热方式是辐射，而传导及对流在热流量中只占较小的比重。此外，炉墙对于外围空气还会散失热量，这个热损失对炉内温度也有一些影响。黑度ε_m代表物料的辐射传热性能，ε_m值越大，辐射传热性能越好。由于金属物料黑度较低，如钢坯的表面黑度ε_m≤0.8，加工后的光滑金属工件表面黑度远低于这一数值。而某些物料的黑度值为：1＞ε_m＞0.9。因此，裸露的金属物料加热时间相对较长。

因此，要用数学分析方法来精确计算炉子内的热交换，是非常复杂和困难的。只有结合实际情况进行一些简化的假设，才使近似的计算成为可能。

常用的简化假设是：

A、炉气(火焰)有一个平均温度T_g在炉子的各处部是相同的；

B、受热物料表面的温度各处都是一样的，等于T_w；

C、炉墙及炉顶的温度均匀一致而且也是不变的；

D、炉气(火焰)可以看成是一个灰体，它的吸收率或辐射率不因辐射来的波长或温度不同而变更，其值为ε_g，它是根据气体的温度T_g而求得的；

E、受热的物体也是灰体，它的吸收率或辐射率ε_m是一个定值；

F、炉墙及炉顶的热损失恰好等于由炉气以对流方式传给炉墙及炉顶的热量。

参看图1，图中表示了炉膛中各项热流的传送情况。对于物料来说，它所接受的热量有三部分：

(1)气体以辐射方式传给物料的净热量Q_gm；

(2)气体以对流方式传给物料的热量Q_gmc；

(3)炉墙以辐射方式传给物料的净热量Q_wm。

物料所接受的总热量：Qm=Qgm+Qgmc+Qwm]]>